大学物理光电效应 光的波粒二象性课件讲义
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瞬时性问题 按经典理论,电子逸出金属所需的能量， 需要有一定的时间来积累, 与实验结果不符.
4
二 光子 爱因斯坦方程
1 “光量子”假设
光可看成是由光子组成的粒子流，单个
光子的能量为 ε h .
2 爱因斯坦光电效应方程
h 1 mv2 W
2
逸出功与 材料有关
5
几种金属逸出功的近似值(eV) 钠铝 锌铜 银铂 2.46 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35
2.5107
J s1
10
E
P
S 4πr2
2.5107
J s1
N E E 7.41011 s1 h hc
11
三 光电效应在近代技术中的应用
光控继电器、自动控制、 自动计数、自动报警等.
光控继电器示意图
光
放大器
接控制机构
光电倍增管
12
四 光的波粒二象性
（1）波动性：光的干涉和衍射
（2）粒子性： E h（光电效应等）
相对论能量和动量关系 E 2 p2c2 E02
光子
E0 0 , E pc
13
光子
E0 0 , E pc
p E h h c c
描述光的 粒子性
E h p h
描述光的 波动性
14
理论解释: 光强越大，光子数越多，单位时间内
产生光电子数目越多,光电流越大. ( 0 时）
6
遏止电势差
外加反向的遏止电 势差 U0 恰能阻碍光电 子到达阳极, 即
eU0
1 2
mv2
K
A
A V
7
频率限制: 只有 0时才会发生
W h 0 0 W h（截止频率）
瞬时性：光子射至金属表面， 一个
光子的能量 h 将一次性被一个电子吸收， 若 0，电子立即逸出，无需时间积累.
爱因斯坦的光子理论圆满地解释了光 电效应现象.
8
3 普朗克常数的测定
遏止电势差和入射
h 1 mv2 W
光频率的关系
2
U0
h eU0 W
U0
h
e
W e
O 0
U0 h e
h U 0 e
2
（3）遏止电势差 U 0
使光电流降为零
U0
所外加的反向电势差
称为遏止电势差 U 0 ， 对不同的金属，U 0 的
量值不同.
O 0
Cs Zn Pt
遏止电势差与入射光频率具有线性关系.
（4） 瞬时性
3
3 经典理论遇到的困难 红限问题
按经典理论,无论何种频率的入射光,只 要强度足够大，就能使电子逸出金属. 与实 验结果不符.
9
例1 一半径为 1.0103 m 的薄圆片，
距光源1.0 m . 光源的功率为1W，发射波长 589 nm的单色光 . 假定光源向各个方向发射 的能量是相同的，试计算在单位时间内落在
薄圆片上的光子数 .
Biblioteka Baidu
解 S π (1.0103 m)2 π 106 m2
E
P
S 4πr2
一 光电效应实验的规律
1 实验装置及现象
2 实验规律
K
（1）光电流强度与
入射光强成正比.
i
im 2 im 1
I2 I1
V
o U 0
I2 I1
U
A A
1
（2）截止频率（红限） 0
对某种金属来说，只有入射光的频率
大于某一频率0时，电子才会从金属表面
逸出.
0称为截止频率或红限频率.
截止频率与材料有关与光强无关.
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二 光子 爱因斯坦方程
1 “光量子”假设
光可看成是由光子组成的粒子流，单个
光子的能量为 ε h .
2 爱因斯坦光电效应方程
h 1 mv2 W
2
逸出功与 材料有关
5
几种金属逸出功的近似值(eV) 钠铝 锌铜 银铂 2.46 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35
2.5107
J s1
10
E
P
S 4πr2
2.5107
J s1
N E E 7.41011 s1 h hc
11
三 光电效应在近代技术中的应用
光控继电器、自动控制、 自动计数、自动报警等.
光控继电器示意图
光
放大器
接控制机构
光电倍增管
12
四 光的波粒二象性
（1）波动性：光的干涉和衍射
（2）粒子性： E h（光电效应等）
相对论能量和动量关系 E 2 p2c2 E02
光子
E0 0 , E pc
13
光子
E0 0 , E pc
p E h h c c
描述光的 粒子性
E h p h
描述光的 波动性
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理论解释: 光强越大，光子数越多，单位时间内
产生光电子数目越多,光电流越大. ( 0 时）
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遏止电势差
外加反向的遏止电 势差 U0 恰能阻碍光电 子到达阳极, 即
eU0
1 2
mv2
K
A
A V
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频率限制: 只有 0时才会发生
W h 0 0 W h（截止频率）
瞬时性：光子射至金属表面， 一个
光子的能量 h 将一次性被一个电子吸收， 若 0，电子立即逸出，无需时间积累.
爱因斯坦的光子理论圆满地解释了光 电效应现象.
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3 普朗克常数的测定
遏止电势差和入射
h 1 mv2 W
光频率的关系
2
U0
h eU0 W
U0
h
e
W e
O 0
U0 h e
h U 0 e
2
（3）遏止电势差 U 0
使光电流降为零
U0
所外加的反向电势差
称为遏止电势差 U 0 ， 对不同的金属，U 0 的
量值不同.
O 0
Cs Zn Pt
遏止电势差与入射光频率具有线性关系.
（4） 瞬时性
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3 经典理论遇到的困难 红限问题
按经典理论,无论何种频率的入射光,只 要强度足够大，就能使电子逸出金属. 与实 验结果不符.
9
例1 一半径为 1.0103 m 的薄圆片，
距光源1.0 m . 光源的功率为1W，发射波长 589 nm的单色光 . 假定光源向各个方向发射 的能量是相同的，试计算在单位时间内落在
薄圆片上的光子数 .
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解 S π (1.0103 m)2 π 106 m2
E
P
S 4πr2
一 光电效应实验的规律
1 实验装置及现象
2 实验规律
K
（1）光电流强度与
入射光强成正比.
i
im 2 im 1
I2 I1
V
o U 0
I2 I1
U
A A
1
（2）截止频率（红限） 0
对某种金属来说，只有入射光的频率
大于某一频率0时，电子才会从金属表面
逸出.
0称为截止频率或红限频率.
截止频率与材料有关与光强无关.